محاسبه IP Subnet و CIDR: راهنمای تقسیم شبکه

تقسیم یک شبکه به بخش‌های کوچک‌تر و قابل مدیریت، یکی از مهارت‌های اصلی مدیریت شبکه است. محاسبه IP subnet به شما امکان می‌دهد یک بلوک از آدرس‌های IP را به زیرشبکه‌ها تقسیم کنید و تعیین کنید هر کدام چند دستگاه می‌تواند در خود جای دهد، و نیز آدرس شبکه و آدرس پخش همگانی را مشخص کنید. در این راهنما ماسک زیرشبکه، نشانه‌گذاری CIDR و محاسبه تعداد هاست را با مثال بررسی می‌کنیم. برای انجام آسان این عملیات می‌توانید از ابزارهای محاسبه شبکه ما استفاده کنید.

آدرس IP و زیرشبکه چیست؟

یک آدرس IPv4 عددی ۳۲ بیتی است و معمولاً به‌صورت چهار بخش جداشده با نقطه نوشته می‌شود (برای مثال 192.168.1.10). بخشی از این آدرس شبکه را و بخشی دیگر دستگاه (هاست) موجود در آن شبکه را مشخص می‌کند. زیرشبکه (subnet) روشی برای تقسیم یک شبکه بزرگ به بخش‌های منطقی کوچک‌تر است. این تقسیم هم ترافیک شبکه را سامان می‌دهد و هم امنیت را افزایش می‌دهد، زیرا هر زیرشبکه به‌تنهایی یک واحد قابل مدیریت تشکیل می‌دهد. ساختاری که تعیین می‌کند کدام بیت‌ها متعلق به شبکه و کدام متعلق به هاست هستند، ماسک زیرشبکه نامیده می‌شود.

ماسک زیرشبکه و نشانه‌گذاری CIDR

ماسک زیرشبکه نشان می‌دهد چه مقدار از آدرس IP بخش شبکه است. در نشانه‌گذاری کلاسیک به‌صورت 255.255.255.0 نوشته می‌شود؛ در نشانه‌گذاری مدرن CIDR (مسیریابی بین‌دامنه‌ای بدون کلاس) به‌صورت /24، با تعداد بیت‌های کنارگذاشته‌شده برای شبکه بیان می‌شود. /24 یعنی ۲۴ بیت نخست از ۳۲ بیت برای شبکه و ۸ بیت باقی‌مانده برای هاست کنار گذاشته شده است. هرچه مقدار پیشوند بزرگ‌تر شود (برای مثال /25، /26)، شبکه کوچک‌تر می‌شود و تعداد هاستی که می‌تواند جای دهد کاهش می‌یابد. نشانه‌گذاری CIDR روش استاندارد بیان طراحی شبکه به‌صورت کوتاه و روشن است.

تعداد هاست‌های قابل استفاده چگونه پیدا می‌شود؟

برای یافتن اینکه یک زیرشبکه چند دستگاه می‌تواند جای دهد، از تعداد بیت‌های کنارگذاشته‌شده برای هاست استفاده می‌کنید:

هاست قابل استفاده = 2^{(32 − پیشوند)} − 2

این «−۲» از آنجا می‌آید که در هر شبکه دو آدرس برای مقاصد ویژه کنار گذاشته می‌شوند: یکی آدرس شبکه و دیگری آدرس پخش همگانی (broadcast)؛ این‌ها را نمی‌توان به دستگاه‌ها تخصیص داد. برای مثال، در یک شبکه /24: 2⁸ − 2 = 256 − 2 = 254 هاست قابل استفاده وجود دارد. در یک شبکه /26، 2⁶ − 2 = 62 هاست جای می‌گیرد. این محاسبه را می‌توانید با وارد کردن IP و پیشوند در ابزار محاسبه زیرشبکه فوراً انجام دهید.

آدرس شبکه و آدرس پخش همگانی

هر زیرشبکه دو آدرس مرزی دارد. آدرس شبکه نخستین آدرس زیرشبکه است و آن شبکه را به‌عنوان یک کل مشخص می‌کند؛ تمام بیت‌های بخش هاست صفر هستند. آدرس پخش همگانی (broadcast) آخرین آدرس زیرشبکه است و برای ارسال هم‌زمان داده به همه دستگاه‌های آن شبکه به کار می‌رود؛ تمام بیت‌های بخش هاست یک هستند. همه آدرس‌های میان این دو، بازه هاست قابل استفاده را تشکیل می‌دهند که می‌توان به دستگاه‌ها تخصیص داد. دانستن اینکه یک IP به کدام شبکه تعلق دارد، به‌همراه آدرس‌های شبکه و پخش همگانی، پایه پیکربندی شبکه است.

سیستم دودویی و زیرشبکه

در بنیاد محاسبه زیرشبکه، سیستم دودویی (باینری) نهفته است. هر آدرس IP و ماسک در واقع اعداد دودویی ۳۲ بیتی هستند؛ بیت‌های «۱» در ماسک زیرشبکه بخش شبکه را و بیت‌های «۰» بخش هاست را نشانه‌گذاری می‌کنند. هنگامی‌که میان یک آدرس IP و ماسک عملیات بیتی «و» (AND) انجام شود، آدرس شبکه به دست می‌آید. به همین دلیل توانایی تبدیل IPهای ده‌دهی به دودویی، کلید درک واقعی منطق زیرشبکه است. برای تبدیل میان ده‌دهی و دودویی می‌توانید از ابزار تبدیل مبنای عدد استفاده کنید.

چرا شبکه تقسیم می‌شود؟

چند دلیل عملی برای تقسیم یک شبکه بزرگ به زیرشبکه‌ها به‌جای رها کردن آن به‌صورت یک‌پارچه وجود دارد. در شبکه‌های تقسیم‌شده، ترافیک پخش همگانی تنها به زیرشبکه خود محدود می‌ماند که ترافیک غیرضروری را کاهش و کارایی را افزایش می‌دهد. تعریف یک زیرشبکه جداگانه برای هر بخش یا سرویس، امکان اعمال دقیق‌تر قواعد امنیتی را فراهم می‌کند. جلوگیری از هدررفت آدرس نیز دلیلی دیگر است: طراحی زیرشبکه‌هایی متناسب با نیاز، استفاده کارآمد از استخر محدود آدرس IP را ممکن می‌سازد. به همین دلیل طراحی زیرشبکه گامی بنیادین در ساخت شبکه‌های مقیاس‌پذیر است.

یک مثال عملی زیرشبکه

فرض کنید می‌خواهید شبکه 192.168.1.0/24 را به چهار بخش تقسیم کنید که هر کدام حدود ۵۰ دستگاه را در خود جای دهد. پیشوند /26 (ماسک 255.255.255.192) در هر زیرشبکه ۶۲ هاست قابل استفاده فراهم می‌کند که برای ۵۰ دستگاه کافی است. بدین ترتیب شبکه /24 به چهار زیرشبکه /26 تقسیم می‌شود: 192.168.1.0/26، 192.168.1.64/26، 192.168.1.128/26 و 192.168.1.192/26. هر زیرشبکه آدرس شبکه، آدرس پخش همگانی و بازه هاست خاص خود را دارد. انجام این نوع برنامه‌ریزی به‌صورت دستی در معرض خطا است؛ راستی‌آزمایی آن با یک ابزار محاسبه زیرشبکه طراحی شما را ایمن می‌کند.

تفاوت IPv4 و IPv6

پرکاربردترین سیستم آدرس‌دهی امروز IPv4 است و با ساختار ۳۲ بیتی خود می‌تواند حدود ۴٫۳ میلیارد آدرس متفاوت تولید کند. از آنجا که تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت به‌سرعت افزایش یافت، این استخر کم آمد و در پی آن IPv6 ۱۲۸ بیتی توسعه یافت. IPv6 در عمل تعدادی پایان‌ناپذیر از آدرس‌ها ارائه می‌دهد و از نشانه‌گذاری شانزده‌شانزدهی (hexadecimal) متشکل از هشت گروه استفاده می‌کند. منطق زیرشبکه در هر دو نسخه معتبر است، اما در IPv6 به‌دلیل فراوانی آدرس‌ها طراحی زیرشبکه انعطاف‌پذیرتر است. چون فرایند گذار طولانی است، امروزه دو سیستم در کنار هم کار می‌کنند؛ بیشتر شبکه‌ها هم از IPv4 و هم از IPv6 پشتیبانی می‌کنند. دانستن منطق پایه هر دو سیستم توسط یک مدیر شبکه، آمادگی او را برای آینده تضمین می‌کند.

آدرس‌های IP خصوصی و عمومی

آدرس‌های IP بر اساس حوزه کاربرد به خصوصی (private) و عمومی (public) تقسیم می‌شوند. آدرس‌های IP خصوصی (برای مثال بازه‌های 192.168.x.x، 10.x.x.x) درون شبکه‌های خانگی و اداری استفاده می‌شوند و مستقیماً در اینترنت مسیریابی نمی‌شوند؛ این آدرس‌ها را می‌توان در هر شبکه محلی بارها دوباره به کار برد. در مقابل، آدرس‌های IP عمومی در اینترنت یکتا هستند و دستگاه شما را به دنیای بیرون معرفی می‌کنند. مودم شما میان آدرس‌های خصوصی شبکه محلی شما و آدرس عمومی روی اینترنت تبدیلی به نام NAT (ترجمه آدرس شبکه) انجام می‌دهد. این تمایز هم استفاده کارآمد از استخر محدود IPv4 را ممکن می‌کند و هم شبکه محلی را تا حدی در برابر دسترسی بیرونی محافظت می‌کند. طراحی زیرشبکه معمولاً روی همین بازه‌های آدرس خصوصی انجام می‌شود.

ماسک‌های زیرشبکه با طول متغیر (VLSM)

هنگام تقسیم یک شبکه، هم‌اندازه کردن همه زیرشبکه‌ها اغلب به هدررفت آدرس می‌انجامد. برخی بخش‌ها صدها دستگاه را در خود جای می‌دهند درحالی‌که برخی تنها به چند دستگاه نیاز دارند؛ دادن زیرشبکه‌های هم‌اندازه به همه، در گروه‌های کوچک آدرس‌های هدررفته ایجاد می‌کند. ماسک زیرشبکه با طول متغیر (VLSM) راه‌حلی برای این مشکل ارائه می‌دهد: به شما امکان می‌دهد هر زیرشبکه را با اندازه‌ای متفاوت بر اساس نیاز واقعی‌اش طراحی کنید. بدین ترتیب به گروهی از پنجاه دستگاه یک اندازه و به یک پیوند نقطه‌به‌نقطه دو دستگاهی بلوکی بسیار کوچک‌تر تخصیص می‌یابد. VLSM روش بنیادین استفاده کارآمد از استخر محدود آدرس IPv4 و بخشی استاندارد از طراحی مدرن شبکه است. در عمل، توزیع بلوک‌های آدرس به‌ترتیب از بزرگ‌ترین زیرشبکه تا کوچک‌ترین، از هم‌پوشانی جلوگیری می‌کند. این رویکرد هم نیاز امروز را برآورده می‌کند و هم برای رشد آینده جا می‌گذارد؛ یک طرح آدرس خوش‌طراحی به شبکه اجازه می‌دهد سال‌ها بی‌دردسر مقیاس بگیرد.

تعداد هاست بلوک‌های رایج CIDR

• /30 ← 4 آدرس، 2 هاست قابل استفاده (پیوند نقطه‌به‌نقطه)
• /29 ← 8 آدرس، 6 هاست · /28 ← 16 آدرس، 14 هاست
• /27 ← 32 آدرس، 30 هاست · /26 ← 64 آدرس، 62 هاست
• /25 ← 128 آدرس، 126 هاست · /24 ← 256 آدرس، 254 هاست
• /23 ← 512 آدرس، 510 هاست · /22 ← 1024 آدرس، 1022 هاست

آشنایی با این جدول به شما امکان می‌دهد به‌سرعت کوچک‌ترین بلوک مناسب تعداد هاست موردنیازتان را انتخاب کنید؛ بدین ترتیب طراحی‌ای کارآمد بدون هدررفت استخر آدرس می‌سازید.

پرسش‌های پرتکرار

یک شبکه /24 چند هاست جای می‌دهد؟ از 256 آدرس کل، آدرس شبکه و آدرس پخش همگانی کسر می‌شود و 254 هاست قابل استفاده باقی می‌ماند.

یک شبکه /30 به چه کار می‌آید؟ تنها 2 هاست قابل استفاده ارائه می‌دهد؛ به همین دلیل برای پیوندهای نقطه‌به‌نقطه میان دو مسیریاب ایده‌آل است.

آیا با بزرگ‌تر شدن ماسک شبکه بزرگ‌تر می‌شود؟ برعکس؛ هرچه پیشوند بزرگ‌تر شود (برای مثال از /24 به /26)، بخش هاست کوچک‌تر می‌شود و شبکه دستگاه کمتری جای می‌دهد.

تفاوت CIDR با ماسک کلاسیک چیست؟ هر دو همان اطلاعات را حمل می‌کنند؛ نشانه‌گذاری /24 شکل کوتاه و مدرن ماسک 255.255.255.0 است.

چرا در هر شبکه ۲ آدرس قابل استفاده نیست؟ یکی آدرس شبکه است که شبکه را مشخص می‌کند و دیگری آدرس پخش همگانی که به همه دستگاه‌ها پخش می‌کند؛ این‌ها به دستگاه‌ها تخصیص نمی‌یابند.

هنگامی‌که دریابید پیشوند چگونه بیت‌های شبکه و هاست را از هم جدا می‌کند و اینکه تعداد هاست بر پایه توان‌های ۲ است، محاسبات زیرشبکه دیگر پیچیده نخواهند بود. اندیشیدن هم‌زمان به آدرس‌های شبکه و پخش همگانی، بازه قابل استفاده و انتخاب درست ماسک، پایه طراحی شبکه‌هایی است که هم کارآمد و هم قابل مدیریت‌اند. تخصیص تنها به‌اندازه نیاز هر بخش با زیرشبکه‌های طول متغیر، استفاده از استخر محدود بدون هدررفت را ممکن می‌سازد. در نظر گرفتن تمایز آدرس‌های خصوصی و عمومی و رشد آینده نیز طراحی شما را سال‌ها پابرجا نگه می‌دارد. برای همه محاسبات شبکه و فناوری خود می‌توانید از ابزارهای محاسبه رایگان ما بهره ببرید.